“嫦五”歸來！
——中國首次地外天體采樣返回任務(wù)圓滿成功

離家23 天后，嫦娥五號成功歸來！

北京時間12 月17 日1 時59 分，嫦娥五號返回器著陸在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域。返回器中，裝有中國從月球采集的約1731 克月壤。

這是人類時隔44 年，再次從月球帶回巖石和土壤樣品。標(biāo)志著我國首次地外天體采樣返回任務(wù)順利完成，探月工程“繞、落、回”三步走收官之戰(zhàn)取得了圓滿勝利。中國成為世界上繼美、蘇之后第三個實現(xiàn)月球采樣返回的國家。

習(xí)近平總書記致電代表黨中央、國務(wù)院和中央軍委祝賀探月工程嫦娥五號任務(wù)取得圓滿成功。

嫦娥五號任務(wù)作為我國復(fù)雜度最高、技術(shù)跨度最大的航天系統(tǒng)工程，成功實現(xiàn)了多方面技術(shù)創(chuàng)新、突破了一系列關(guān)鍵技術(shù)，對于我國提升航天技術(shù)水平、完善探月工程體系、開展月球科學(xué)研究、組織后續(xù)月球及星際探測任務(wù)，具有承前啟后、里程碑式的重要意義。

1 “長五”發(fā)“嫦五”，探月工程開啟新篇章

2020 年11 月24 日，嫦娥五號發(fā)射升空

2020 年11 月24 日4 時30 分，在中國文昌航天發(fā)射場，探月工程嫦娥五號探測器由長征五號遙五運載火箭成功發(fā)射升空?；鸺樌麑⑻綔y器送入近地點約200 千米、遠地點約40 萬千米的地月轉(zhuǎn)移軌道。嫦娥五號承載著中華民族的探月夢想，奔向月球。

嫦娥五號探測器是我國迄今為止研制的最為復(fù)雜的航天器系統(tǒng)之一，其質(zhì)量為8.2t，由軌道器、返回器、著陸器、上升器組成，四器疊加、狀似寶塔，包含15 個分系統(tǒng)。“四器”每一個都是單獨的個體，也能組合在一起。著陸器和上升器組合成“著上組合體”，軌道器和返回器組合成“軌返組合體”，“四器”一起構(gòu)成一個完整的探測器。

嫦娥五號全飛行過程包括發(fā)射入軌、地月轉(zhuǎn)移、近月制動、環(huán)月飛行、著陸下降等階段，在完成月面工作后，再經(jīng)月面上升、月球軌道交會對接與樣品轉(zhuǎn)移、環(huán)月等待、月地轉(zhuǎn)移和再入回收等階段，任務(wù)周期23 天。主要科學(xué)目標(biāo)是開展著陸點區(qū)域形貌探測和地質(zhì)背景勘察，獲取與月球樣品相關(guān)的現(xiàn)場分析數(shù)據(jù)，建立現(xiàn)場探測數(shù)據(jù)與實驗室分析數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系；對月球樣品進行系統(tǒng)、長期的實驗室研究，分析月壤的結(jié)構(gòu)、物理特性、物質(zhì)組成，深化月球成因和演化歷史的研究。

嫦娥五號探測器

嫦娥五號探測器結(jié)構(gòu)圖

2 “落月”“挖土”“深情擁抱”，任務(wù)過程亮點紛呈

在順利完成2 次軌道修正后，11 月28 日，嫦娥五號探測器成功實施首次近月制動，順利進入環(huán)繞月球軌道。29 日，嫦娥五號探測器在近月點再次“剎車”，成功實施第二次近月制動，從橢圓環(huán)月軌道變?yōu)榻鼒A形環(huán)月軌道，這也是最終的繞月飛行軌道。30 日，嫦娥五號探測器著陸器和上升器組合體與軌道器和返回器組合體順利分離，軌道器和返回器組合體繼續(xù)在平均高度約200 千米的環(huán)月軌道上飛行并等待上升器交會對接。

成功落月

12 月1 日23 時許，嫦娥五號著陸器和上升器組合體成功在月球正面51.8° (W)、43.1° (N)附近的預(yù)選著陸區(qū)著陸，月球風(fēng)暴洋成為中國探月新地標(biāo)。

嫦娥五號著陸器和上升器組合體著陸后，全景相機環(huán)拍成像

嫦娥五號對于著陸點的位置精度和平整度高要求是空前的。由于涉及采樣完成后上升器要在月面起飛，嫦娥五號挑選落點的過程，也是為后續(xù)上升器月面起飛選擇“發(fā)射場”的過程，其降落區(qū)域內(nèi)不能有太高的凸起、太深的凹坑，坡度也需要符合任務(wù)要求。探測器是一邊飛行一邊尋找落點，如同一次從600 千米外開始、在15 分鐘內(nèi)完成的自主“跳傘”。

為了實現(xiàn)“選址正確，落得準(zhǔn)確”，嫦娥五號采用了在嫦娥三號、嫦娥四號上應(yīng)用的“粗精接力避障”方式，即在制導(dǎo)導(dǎo)航與控制（GNC）系統(tǒng)的指揮下，“著上組合體”先是大推力反向制動快速減速，然后快速調(diào)整姿態(tài)并對預(yù)定落區(qū)地形進行拍照識別，避開大的障礙，實現(xiàn)“粗避障”，然后組合體在飛到距離月面100 米時懸停，并再次對選定區(qū)域進行精確拍照，實現(xiàn)“精避障”，之后再斜向下落向選定的著陸點，在移動到著陸點正上方之后開始豎直下降，到距離月面較近時關(guān)閉發(fā)動機，然后利用著陸腿的緩沖實現(xiàn)軟著陸。

嫦娥五號探測器在月球表面自動采樣

月面采樣

12 月2 日4 時53 分，嫦娥五號著陸器和上升器組合體完成了月球鉆取采樣及封裝，按計劃進行表取采樣。經(jīng)過約19 小時的月面工作，探測器于12 月2 日22 時順利完成月球表面自動采樣，按預(yù)定形式將樣品封裝保存在上升器攜帶的貯存裝置中。

自動采樣是此次任務(wù)的核心關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。探測器經(jīng)受住超過100℃的月面高溫考驗，克服了測控、光照、電源等方面的條件約束，依托全新研制的地外天體樣品采集機構(gòu)，通過機械臂表取和鉆具鉆取兩種“挖土”方式分別采集月球樣品，實現(xiàn)了多點、多樣化自動采樣。其中，鉆具鉆取了月面下的月壤樣品，機械臂則在末端采樣器支持下，在月表開展多種采樣。為確保月球樣品在返回地球過程中，保持真空密閉以及不受外界環(huán)境影響，探測器在月面對樣品進行了密封封裝。

嫦娥五號探測器配置了降落相機、全景相機、月壤結(jié)構(gòu)探測儀、月球礦物光譜分析儀等多種有效載荷，在月表形貌及礦物組分探測與研究、月球淺層結(jié)構(gòu)探測等科學(xué)探測任務(wù)中發(fā)揮重要作用。探測器鉆取采樣前，月壤結(jié)構(gòu)探測儀對采樣區(qū)地下月壤結(jié)構(gòu)進行了分析判斷，為采樣提供了數(shù)據(jù)參考。

月面起飛

12 月3 日23 時10 分，嫦娥五號探測器的上升器3000N 發(fā)動機工作約6 分鐘，成功將攜帶樣品的上升器送入到預(yù)定環(huán)月軌道。

與地面起飛不同，上升器月面起飛不具備成熟的發(fā)射塔架系統(tǒng)，著陸器相當(dāng)于上升器的“臨時塔架”，上升器起飛存在起飛初始基準(zhǔn)與起飛平臺姿態(tài)不確定、發(fā)動機羽流導(dǎo)流空間受限、地月環(huán)境差異等問題；另外，由于月球上沒有導(dǎo)航星座，上升器起飛后，在地面測控輔助下，借助自身攜帶的特殊敏感器實現(xiàn)自主定位、定姿。

點火起飛前，“著上組合體”實現(xiàn)月面國旗展開以及上升器、著陸器的解鎖分離。此次國旗展開是我國在月球表面首次實現(xiàn)國旗的“獨立展示”。點火起飛后，上升器經(jīng)歷垂直上升、姿態(tài)調(diào)整和軌道射入三個階段，進入預(yù)定環(huán)月飛行軌道。

五星紅旗在月面成功展開

交會對接

12 月6 日5 時42 分，嫦娥五號上升器成功與軌道器和返回器組合體交會對接，并于6 時12 分將樣品容器安全轉(zhuǎn)移至返回器中。

從上升器進入環(huán)月飛行軌道開始，通過遠程導(dǎo)引和近程自主控制，軌道器和返回器組合體逐步靠近上升器，以抱爪的方式捕獲上升器，完成交會對接。此次交會對接過程，嫦娥五號“軌返組合體”追上升器屬于“大星追小星”，與我國現(xiàn)已掌握的地球軌道交會對接采用的“小星追大星”、用“弱撞擊”的方式實現(xiàn)對接不同。因為如果用撞擊的方式對接會把上升器撞飛，所以，嫦娥五號采用的是停控加抓取的方式，在軌道器追上上升器并以相同速度飛行過程中，從后面“伸手”牽過上升器之后拉緊，實現(xiàn)對接?！吧钋閾肀А焙螅仙鲗⒀b有月壤的樣品容器轉(zhuǎn)移到返回器上。

軌道器與上升器完成交會對接

12 月6 日12 時許，嫦娥五號上升器與“軌返組合體”順利在軌分離。12 月8 日，上升器按照地面指令受控離軌，降落在月面預(yù)定落點。至此，嫦娥五號上升器圓滿完成使命，受控離軌落月可避免其成為太空垃圾，避免影響國際社會后續(xù)月球探測任務(wù)，這也是中國作為負責(zé)任大國對人類和平探索利用太空的重要承諾。

3 “打水漂”歸來，兩次進入大氣層

12 月12 日、13 日，嫦娥五號軌道器和返回器組合體分別實施2 次月地轉(zhuǎn)移入射，成功進入月地轉(zhuǎn)移軌道返回地球。又經(jīng)過2 次月地轉(zhuǎn)移軌道修正后，12 月17 日，嫦娥五號返回器與軌道器分離、再入，并在預(yù)定著陸區(qū)成功著陸。

嫦娥五號返回器從月球飛回來的速度接近第二宇宙速度（11.2km/s），高速進入大氣層時將劇烈摩擦產(chǎn)生高溫，熱量急劇提升為航天器返回帶來巨大挑戰(zhàn)。為此，嫦娥五號采用了一個獨特的回家方式——半彈道跳躍式再入返回，就像在太空中“打水漂”。返回器先高速進入大氣層，再借助大氣層提供的升力躍出大氣層，然后再以第一宇宙速度（7.9 km/s）扎入大氣層，返回地面。

嫦娥五號返回器成功著陸

12 月17 日凌晨1 時33 分，嫦娥五號返回器在距地面高度約120 千米處高速進入地球大氣層，實施初次氣動減速。下降至預(yù)定高度后，返回器向上躍出大氣層，到達最高點后開始滑行下降。之后，返回器再次進入大氣層，實施二次氣動減速。在降至距地面約10 千米高度時，返回器打開降落傘完成最后減速并保持姿態(tài)穩(wěn)定，隨后在預(yù)定區(qū)域平穩(wěn)著陸。

回收后的嫦娥五號返回器在完成必要的地面處理工作后，空運至北京開艙，取出樣品容器及搭載物。月球樣品移交至地面應(yīng)用系統(tǒng)，中國首次地外天體樣品儲存、分析和研究相關(guān)工作也將隨之啟動。

4 五項“中國首次”，實現(xiàn)里程碑式新跨越

嫦娥五號任務(wù)創(chuàng)造了五項“中國首次”，一是在地外天體的采樣與封裝；二是地外天體上的點火起飛、精準(zhǔn)入軌；三是月球軌道無人交會對接和樣品轉(zhuǎn)移；四是攜帶月球樣品以近第二宇宙速度再入返回；五是建立我國月球樣品的存儲、分析和研究系統(tǒng)。此次任務(wù)的成功實施，是我國航天事業(yè)發(fā)展中里程碑式的新跨越，標(biāo)志著我國具備了地月往返的能力，為我國未來月球與行星探測奠定了堅實基礎(chǔ)。

回首過往，中國探索月球的藍圖謀劃長遠、精準(zhǔn)落實，在月球探測強者并存的賽道上行穩(wěn)致遠，步步登高。從嫦娥一號到嫦娥五號，種種變化濃縮著中國探月工程快速發(fā)展的步伐，這背后，是一項項技術(shù)難點的集智突破、一項項創(chuàng)新成果的破殼而生。這些科技成果架起了通往月球的天梯，讓中國人走出了一條屬于自己的探月之路。嫦娥奔月是中華民族千年的夢想。如今，中國人有了更多仰望星空的能力，夜空中的明月已經(jīng)觸手可及。

延伸閱讀

2004 年，我國探月工程正式批準(zhǔn)立項，被命名為“嫦娥工程”。探月工程規(guī)劃為三期，簡稱“繞、落、回”。

繞

探月工程一期:實現(xiàn)環(huán)繞月球探測

2007 年10 月24 日，嫦娥一號衛(wèi)星成功發(fā)射，邁出了中國深空探測的第一步。2008 年11 月12 日，嫦娥一號拍攝的全月球影像圖發(fā)布。2009 年3 月1 日，嫦娥一號衛(wèi)星按預(yù)定計劃受控撞月，為探月工程一期—“繞月探測”任務(wù)畫上圓滿句號。

落

探月工程二期:實現(xiàn)月面軟著陸和自動巡視勘察

2010 年10 月1 日，嫦娥二號衛(wèi)星成功發(fā)射，作為探月工程二期的先導(dǎo)星，衛(wèi)星軌道設(shè)計、導(dǎo)航控制、微小相機視頻成像等各項技術(shù)均得到驗證。2012 年12 月13 日，嫦娥二號衛(wèi)星與圖塔蒂斯（Toutatis)小行星由遠及近“擦肩而過”，首次實現(xiàn)我國對小行星的飛越探測，成為我國第一個行星際探測器。

2013 年12 月2 日，嫦娥三號探測器順利發(fā)射。2013 年12 月14 日，嫦娥三號成功落月，實現(xiàn)我國航天器首次地外天體軟著陸，并開展巡視勘察和科學(xué)探測。

2018 年12 月8 日，嫦娥四號探測器順利發(fā)射。2019 年1 月3 日，嫦娥四號成功登陸月球背面，成為人類歷史上首次在月球背面軟著陸和巡視探測的航天器，首次實現(xiàn)了月球背面與地球的中繼通信。

回

探月工程三期:實現(xiàn)無人采樣返回

2014 年10 月24 日，為嫦娥五號探路的再入返回飛行試驗器（嫦娥5T）成功發(fā)射。2014 年11 月1 日，再入返回飛行試驗器按既定方案平安著陸，完成了地球軌道以外航天器高速再入大氣層的返回試驗驗證，為確保嫦娥五號任務(wù)順利實施和探月工程持續(xù)推進奠定了堅實基礎(chǔ)。

2020 年11 月24 日，嫦娥五號探測器發(fā)射成功。2020 年12 月2 日，嫦娥五號著陸器和上升器組合體完成了月面采樣及樣品封裝。2020 年12 月17 日，嫦娥五號返回器著陸在內(nèi)蒙古四子王旗預(yù)定區(qū)域，實現(xiàn)了我國首次地外天體采樣返回任務(wù)。